一、【导读】
钙钛矿量子点 (PQD) 因其优异的光电特性和易于溶液加工的制备方法，在太阳能电池 (SC) 和发光二极管 (LED) 领域有着广阔的应用前景。然而，钙钛矿量子点与以往传统量子点（e.g. CdSe、PbS、CuInS、InP等）具有化学键属性上的本质不同（离子键 VS 共价键），因此在合成的动力学过程，以及水氧光热等稳定性特征上表现出诸多新奇的现象。因此，深入研究钙钛矿量子点的形核生长反应的合成动力学过程，获得高质量的钙钛矿量子点，对实现高性能LED、SC等半导体光电器件至关重要。
其中，钙钛矿晶体的离子键能及其铅卤八面体与表面配体的结合能力，对钙钛矿晶体的形核生长，是其中的关键。一方面，铅卤元素与配体的结合力弱，在形核生长过程中，配体脱落，使得晶体生长过程中，晶体生长尺寸不均、缺陷过多；另一方面，钙钛矿晶体结晶质量与温度正相关，但油酸油胺等配体活性与温度负相关（油酸-油胺酰胺化反应），导致低缺陷、高质量的钙钛矿量子点难以获得。
因此，针对钙钛矿的离子型特性，在钙钛矿形核成长过程中，提供有效的配体参与，确保配体对钙钛矿晶体形核生长过程的精准调控，是获得高质量钙钛矿量子点的前提。
二、【成果掠影】
1、针对钙钛矿量子点表面配体容易脱落而带来的形核过程不均一的问题，南京理工大学相恒阳&曾海波团队，提出了利用大空间位阻的TOP配体辅助调控形核过程的合成思路。该策略通过增强在铅卤化物八面体组装过程中的立体位阻效应，降低系统的反应活性/位点，从而实现更均匀的尺寸分布和更窄的光谱发射。该方法不仅适用于红色PQDs，还成功扩展到蓝色和绿色PQDs，实现了创纪录的窄FWHM，为宽色域显示技术提供了新的解决方案。
图 1、TOP-Zn CsPb (BrI)3钙钛矿量子点（PQDs）的合成示意图：通过在反应系统中引入TOP和Zn²⁺，形成了TOP-Zn复合物，显著增强了立体位阻效应，有效抑制了Cs⁺的乳化过程，促进了均匀的成核过程。
图 2、不同添加剂的 CsPb (BrI)3PQDs 的尺寸均匀性和结构表征。
图 3、原始和 TOP-Zn CsPb (BrI)3PQDs 的光学性质。
图 4、基于原始和 TOP-Zn CsPb (BrI)3的红色、绿色和蓝色 PeLEDs 的器件特性及其广色域显示。
2、针对针对钙钛矿量子点热注入合成面临的“高温下铅源易析出”的普遍性问题，南京理工大学相恒阳&曾海波团队，提出了一种“酰胺化抑制”策略，阻止了因高温引发的酸胺配体酰胺化，确保了充足的配体来配位铅离子以及铅原料在钙钛矿量子点形核生长阶段的供应，最终能够获得了低缺陷密度和高载流子传输能力的钙钛矿量子点。基于此策略制备的CsPbI₃量子点在发光二极管和太阳能电池中分别实现了28.71%的外量子效率和16.20%的光电转换效率，达到当前领先水平，且该方法在红光/绿光/蓝光器件中均展现出普适性。
图1. 展示了基于延迟酰胺化合成策略的钙钛矿量子点在LEDs和SCs中的性能提升。基于SnI₄处理的CsPbI₃量子点的LED 的EQE从12.49%提高到28.71%，SC的PCE从14.25%提高到16.20%。同时，器件的稳定性和重现性显著提升。
图2. 酰胺化延迟合成策略的机制，解释了如何通过引入共价金属卤化物（如SnI₄）来延缓酰胺化反应，从而防止PbX₂沉淀。
图3. 经过酰胺化延迟合成策略处理后的钙钛矿量子点的结构、形貌和光学特性。
图4. 基于酰胺化延迟合成策略的钙钛矿量子点薄膜的形貌、光学和电学特。
三、【核心创新点】
- 创新合成策略：在钙钛矿量子点的形核均匀性问题上，提出了大空间位阻型配体的有效调控方法；在钙钛矿量子点的配体酰胺化损失问题上，提出了引入共价金属卤化物来延缓酰胺化反应，从而有效阻止PbX₂的沉淀和内在缺陷的形成。这些策略，为离子型晶体特性的钙钛矿量子点合成提供了可行的高质量制备思路。
- 显著性能提升：基于上述合成策略获得的量子点普遍具有优异的光电性能，所制造的LED和SC，均处于行业领先水平。
- 广泛的普适性：上述合成策略在红、绿、蓝三种颜色的钙钛矿量子点合成上具有普适性，为PQDs在更多领域的应用提供了可能。
四、【成果启示】
钙钛矿量子点在晶体属性上，与传统的共价键型CdSe、PbS、CuInS、InP等量子点不同。因此，我们在借鉴传统量子点合成方法的同时，针对钙钛矿离子晶体的特性，进行形核生长过程精准调控，并探索其在不同卤素组分条件下的普适性，是实现钙钛矿量子点光电性能优化，以及制造高性能光电器件的关键源头，值得广大研究人员的持续关注和探索。
原文详情：
- Lv, X., Su, Y., Xiang, H., Yang, L., Chen, X., Wang, Y., … & Zeng, H. (2025). TOP‐Zn Steric Hindrance Effect Enables Ultra‐Uniform CsPbX3 Quantum Dots for Wide‐Color Gamut Displays. Advanced Materials, 37(20), 2409308. https://doi.org/10.1002/adma.202409308
- Su, Y., Xiang, H., Wang, Y., Li, H., Wang, Y., Lv, X., … & Zeng, H. (2025). Amidation‐Retarded Synthesis of Perovskite Quantum Dots with Low Defect Density and Enhanced Carrier Transport for Efficient Light Emitting Diodes and Solar Cells. Advanced Materials, 2506397. https://doi.org/10.1002/adma.202506397
